大容量STATCOM的仿真研究及其基于DSP的实现.pdf

1、?摘要摘要柔性交流输电系统FA C TS(Fl exi bl eA CTr ansm i ssi onSystem)的出现，为现代电力系统的安全、经济、可靠和优质运行，提供了十分有效的手段，成为近年来一项有效改善电能质量的新兴技术。静止同步补偿器STA TC O M(Stati cSynchr onousC om pensator)，作为FA C TS家族中重要的一员，与传统的无功补偿装置相比，不仅降低了装置的体积和成本，而且具有更快的反应速度和更为平滑的调节特性。STA TC O M 借助其优越的控制性能和良好的补偿效果，成为了当今国内外的研究热点。本文以大容量STA TC O M 装置的开

2、发为主线，首先简要介绍了无功补偿装置的发展历程、STA TC O M 的优越性，以及其国内外研究现状。然后结合分析了STA TC O M 的主电路拓扑和工作原理，在主电路设计上采用三电平四重化技术。在此基础上，导出了STA TC O M 的暂态数学模型和稳态数学模型，为STA TC O M的控制及仿真研究奠定了基础。为使实验装置具备优良的性能，对STA TC O M G 的控制方法进行了研究。将模糊控制理论与多状态线性反馈控制规律相结合，为STA TC O M 设计了多目标和自适应模糊控制器。该控制器能适应电力系统参数的变化，在不同运行状态下辨识出电力系统的主要目标，从而采取正确的控制方式，充

3、分发挥STA TC O M的控制效果。然后在M A TLA B下建立了STA TC O M 的仿真模型，进行一系列仿真验证了理论的准确性。基于上述方案的确立，本文完成了基于数字信号处理器一一D sP的STA TC O M 控制器的硬软件的方案设计。控制部分采用双C PU结构，分别为主控制器和脉冲发生器。其中主控制器完成数据采集、A D 转换、数据处理及人机接口等功能。脉冲发生器则根据主控制器的频率值和补偿角值计算出各触发脉冲的相位并输出相应的驱动脉冲，经驱动电路送至逆变器驱动I G BT，使STA TC 伽产生相应的无功电流。关键词：静止同步补偿器(sTA TcO M)；无功补偿：模糊控制：仿

4、真；D SPA b str a ctA BSTRA C TI nrecentyear sanewtechnol ogyw hi chi scal l edFl exi bl eA CTr a nsm i ssi onSystem(FA C TS)w hi chi sa neffecti vei nstr um entform od emp ow ersystemop er a ti ngsafel y，rel i abl ya ndeconom i ca l l yha sa p p ea r edtoi m p r ovethequal i tyofpow ernetw or kStati

5、cSynchr onousC om pensator(Sn钮0M)w hi chi sthei m portantpar tofFA C TSb egx)m esthegl obalr esear chf ocusi nvi r tueofcon髓olpr edom i nantchar acter i sti candni cercom pensati oneffectC om par i ngw i ththetr adi ti onalr eacti vep ow ercom p esa ti onequi pm entsSTA TC O Mha stheadvantagesoffast

6、err egul ati onspeedandhi ghercontrolaccur acyn豫experi m entaleq ui p m enti sr esear chedai m i ngatthel ar gecapaci tyfi el dappl i cati oni n thi spaper Fi r stl y，thi spoperi ntroducesthetyposa ndd evel opm entofvatcom pensatorequi pm entthechar acterandr esea r chactual i tyofSTA TC O M 11嵋m a

7、i nci r cui ttopol ogya ndpr i nci pl eofSTA TC O Mar eanal yzedThree-l evelm ul ti-i nver tertechnol ogyi sappl i edi nthem a i nci r cui tA tthi sbase，thestead ya ndd yna m i cm athem ati csm odel sforSTA TC O Ma r ed ed uced I tp r ovi d esi m portantdi r ecti onsi gni f i cancefort11econ仃ola nds

8、i m ul ati onstudi esThecon订olm ethodi Sa na l yzedtom a ketheequi pm entp r ovi d edw i thexcel l entp er f or m a nceAnewtyp eofm ufti-obj ecti vef uzzycontr ol l ercom bi nedw i thm ufti-stateI i nearf eed b a cki Sdesi gnedforSTA TC O M 111em ufti-obj ecti vecontr ol l erC ana d a p tthechangeof

9、var i abl esandi denti fythem a i nobj ecti vef r omdi fferentoperati ngstatesi npow ersystem sA ndthustheconl octcontrolm ea sur ecanb eta kenandtheop ti m umcontr olr esul tC a l lb eobtai ned11”system?l evelsi m ul ati onm od elforSTA TC O Mi sestabl i shedi nthepaper W 油thedi gi talsi gnalproces

10、sor-D SPtheha r d w a r ea ndsof tw a r ed esi gnschem eofSTA TC O Ma r edeterm i nedmcontr olpar tofSTA TC O Mm a kesU Seoftw opi ecesofC PUw hi cha比usedforcentralcontrol l era ndp ul 8C$gener a tor Them a i nf uncti onsofcentr alcontrol l eri ncl ud ed a tasam pl i ng，A Dconverti ng，datapr ocessi

11、nga nduseri nterfaceA ccordi ngtothedatap r ovi d edb ythecentr alcontr ol l er,pal mgener atorw i l lproducethep ul seseq uencetotr i ggertheI G BTb ythed r i veci r cui t,i nor dertogener ateacorrespondi ngr eacti vecur r entw hi chw eneededKeyw or d s：STA TC O M，Rea cti vePow erC om pensa tor，Fuz

12、zyC ontr ol，Si m ul i nLD SP学位论文独创性声明学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得直昌太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名(手写)辑醐呷铋肋日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解壶星盔堂有关保塑、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授

13、权直昌太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名瓣导师签琶膨J签字日期：2呵年臼月旦珀签字日期汐钟绡日第1章引言第1章引言11课题背景及其意义由于我国经济发展不平衡，一次能源地理分布不均，因此我国电力发展的基本国策为：“全国联网，西电东送，南北互供，厂网分开”，以实现更大范围内的资源优化配置和提高电网的整体经济效益，并推进跨省、跨区之间的电力交易。随着三峡电力系统的

14、建成，全国联网初具规模。我国计划在20102020年问，将建成安全可靠、满足电能传输，以及市场化运作的全国范围联合大电网。届时，需要采用强有力的输电技术手段，来提高大容量远距离的电力输送能力、输电可靠性，以及暂态、动态和电压等稳定水平。如何保证大电网的安全、稳定和经济运行，是一个及其重大和迫切的研究课题。多年来，电力工作者已达成共识：要提高电网的安全运行水平和电能质量，除电网结构本身要合理外，还必须有先进的调节控制手段。电网的安全和经济运行，在很大程度上取决于其“可控度”。柔性交流输电技术的出现，改变了传统输电系统的概念，为提高电力系统的可控性和可靠性提供了新的方法。随着电力电子技术的快速发展

15、，FA C TS技术将大量应用于我国电力系统。其将以较小的投入解决我国电网所面临的问题，使中国电力系统成为一个可完全实时和快速控制的名副其实的柔性电力系统。12柔性交流输电(FA C TS)技术概述121FA C TS概念的提出针对大型互联电力系统存在的问题，美国电力科学研究院(EPRI)的著名电力专家N G Hi ngor ani 博士于1986年，首先较完整地提出了柔性交流输电系统(Fl exi bl eA C Tr ansm i ssi onSystem s，FA C TS)的概念，其。运用了电力电子技术的最新发展成就和现代控制技术，实现对交流输电系统参数，以至网络结构的灵活快速控制，以

16、期实现输送功率的合理分配，降低功率损耗和发电成本，大幅度提高系统稳定性和可靠性。”由此可知，其一方面是现代电力电子开关和电力系统传统的阻抗控制元件、功角控制元件，以及电压控制元件(如串补电容、并第1章引言联电容、移相器、电气制动电阻等)相结合的产物；另一方面，也是一种综合现代电力电子技术、计算机技术、微电子技术、通讯技术，以及控制技术而形成的用于控制高压交流输电系统，以提高系统可靠性和可控性，提高运行性能和电能质量，并可能获取大量的节电效益的新型综合技本。FA C TS的主要涵是采用可靠和高速的大功率晶闸管元件，替代目前附加在交流系统中传统设备上的机械式开关，从而实现交流输电系统的灵活和快速控制【l】。FA C Ts技术改变了传统交流输电的概念，其自诞生始就受到各国电力科研院所、高等院校、电力公司和制造厂家的重视，得到了广泛的研究和迅速的推广应用，成为电力工业近20年来发展最快，影响最广的新兴技术领域之一。122柔性交流输电系统的作用与意义FA C TS技术可在不改变网络结构的情况下，使电网的主干线或联络线不受常规稳定条件的约束，而接近它的热稳定极限运行。使网络的功率输送能力以及潮流和